缶メーカー向け、缶の内側の継ぎ目と缶口部の接着剤跡を検査するカメラシステム

課題の背景

本システムはカメラで缶の2か所の接着剤跡を検査します。一つ目は缶胴内側の継ぎ目、二つ目は缶口部の接着剤跡です。課題は、2か所の接着剤跡をプログラムが判定できるほど鮮明に捉えられるカメラ、レンズ、照明の組み合わせを見つけることでした。缶メーカーは、実際にシステムを設置する投資を判断する前に、この答えを必要としていました。

テスト期間は2016年11月～2017年4月です。当社はCube 5MPカメラとMedusa処理ユニットでプロトタイプを構築し、缶でテストを行い、お客様に定期的に結果を報告しました。

要件と制約

プロトタイプは、高速で移動し向きも揃っていない缶の接着剤跡を検査する必要がありました。課題の主な要件は次のとおりです。

• 缶胴内側の継ぎ目と缶口部の接着剤跡の2か所を検査します。
• 缶はレール上を毎秒10個の速度で走行するため、カメラは移動するワークを捉える必要があります。
• レール上の缶はそれぞれ異なる方向に回転し、位置も固定されていないため、カメラはあらゆる角度から接着剤跡を確認できる必要があります。
• 検査結果をプログラム画面に表示します。

なぜ実際の設置前にプロトタイプをテストする必要があるのか

缶内側の接着剤跡の検査は、判定プログラムそのものと同じくらい、照明、レンズ、カメラ角度に左右され、これらは実際のワークで試さなければ結果がわからないためです。そこで当社は、お客様の実機のカメラ設置位置を再現したテストセットアップを用意し、次の順序で段階的にテストしました。

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   検査箇所とカメラ設置位置の決定

   検査箇所は、缶胴内側の継ぎ目と缶口部の接着剤跡の2か所です。テスト結果が現場の状態に近くなるよう、実機の設置位置に合わせてカメラ位置を再現しました。

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   Cube 5MPカメラによる撮影

   Medusa処理ユニットに接続したCube 5MPカメラで、さまざまな角度で回転している缶を撮影しました。実際のレール上の缶は、すべてが同じ方向を向いているわけではないためです。

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   MaskとThresholdによる異常箇所の分離

   テストプログラムはPythonとOpenCV（画像処理ツールキット）で作成しました。Mask（検査領域を指定する画像）で検査不要な部分を隠し、Threshold（明るさの基準）で異常な輝点を分離して、その箇所を検査結果画像上で枠で囲みます。このプログラムはルールベースの画像処理を使用しており、AIは使用していません。

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   テスト結果に基づくレンズと照明の調整

   最初のセットで使用した8 mmレンズでは、缶内側の湾曲した凹部の接着剤跡を確認できませんでした。そこで25 mmマクロレンズに変更し、スポット照明（Spot Light）を使用して、さらにフォーカス距離を調整しました。

当社が構築し検証したもの

当社は次の構成要素を構築し、テストしました。テスト結果は、システム設置に投資する前のお客様の判断材料とするものです。

• 実機のカメラ設置位置を再現したテストセットアップ
• Cube 5MPカメラとMedusa処理ユニットのセット（8 mmレンズ、25 mmマクロレンズ、スポット照明を含む）
• 異常箇所を枠で囲んだ検査結果画像を生成するPython + OpenCVテストプログラム
• 検査箇所ごとのテスト結果レポートと、今後調整が必要な事項

このプロトタイプはどこまで接着剤跡を検査できたのか

最新の進捗レポート（2017年4月）によると、プロトタイプは缶口部の接着剤跡を捉え、缶胴内側の継ぎ目の接着剤跡も確認できましたが、内側の凹部はまだ鮮明ではなく、照明とフォーカス距離のさらなる調整が必要です。この結果は25 mmマクロレンズとスポット照明の組み合わせで得られたものです。また、2017年2月の資料では、缶の高速走行中の検査にまだ誤差があることがわかっています。

資料にはテスト回数は記録されていますが、検出率は記載されていないため、このページでは精度の数値を示していません。毎秒10個という速度は課題の要件であり、テストで達成した結果ではありません。

私たちが学んだこと

見えにくい箇所では、プログラムの判定基準を決める前に、照明、レンズ、レール速度を実際のワークでテストする必要があります。

• カメラに何が見えるかは、照明とレンズで決まります。湾曲した凹部では、最初のレンズでは細部を十分に確認できない場合があります。プログラムの判定基準を決める前に、近接レンズとスポット照明を実際のワークで試す必要があります。
• レール速度は、個別にテストすべき要件です。ワークが低速のときに画像を検査できるプログラムでも、ワークが高速で走行すると誤差が生じることがあります。そのため、プロトタイプの段階から、画像あたりの処理時間をレール速度と比較して測定する必要があります。
• テスト結果は検査箇所ごとに分け、実際の画像を使う必要があります。当社は、実際のサイズの画像を得るために動画から切り出すのではなくカメラで直接撮影し、合格した箇所とまだ調整が必要な箇所を分けて報告しました。これにより、意思決定者は投資前に実際の制約を把握できます。

この手法をお客様の業務に適用する方法

外部から見えにくい箇所の接着剤跡、継ぎ目、シームを検査する必要がある場合は、この事例と同じ手順を活用できます。まず設置位置を再現し、実際のワークでレンズと照明を試し、ワークが移動している状態でテストします。ワークや速度がこの事例と異なる場合に調整が必要なのは、照明、レンズ、検査方法です。

• 良好な接着剤跡と欠陥のある接着剤跡の両方のワークサンプルと、機械上の設置位置の動画をご用意ください。
• 実際のレール速度と、レール上でのワークの置かれ方をお知らせください。
• プロトタイプの結果を評価するために、開始前に品質部門と接着剤跡の合否基準について合意してください。
• 複数の光源、照射角度、レンズを試す時間を確保してください。